吳曉玲 黃飚*

CT 血管成像（CT angiography，CTA）具有無創(chuàng)、簡便、快速等優(yōu)點，對于腦血管疾病的診斷和評估具有重要價值。血管內(nèi)微創(chuàng)治療技術(shù)，包括頸動脈支架置入、主動脈瘤的血管內(nèi)治療和動脈內(nèi)取栓等，在動脈硬化性疾病的診治中應(yīng)用越來越多，使CTA檢查的次數(shù)進一步增加。隨著CTA檢查數(shù)量的增多，檢查的輻射安全問題也日益為人們所關(guān)注。CTA檢查應(yīng)該遵循輻射劑量最低化原則（as low as reasonably achievable，ALARA），即在能滿足診斷的前提下，輻射劑量盡可能降到最低。因此，如何能夠在降低CTA輻射劑量的同時又能獲得能滿足臨床診斷需要的影像成為亟待解決的問題[1]。

目前已有多種方法用于降低CTA輻射劑量，包括降低管電壓、降低管電流和改善影像重建技術(shù)等。在診斷用管電壓范圍內(nèi)，X線的輻射劑量與管電壓的平方呈正相關(guān)關(guān)系，與管電流呈線性正相關(guān)關(guān)系，降低管電壓或者管電流均能有效地降低X線的輸出量，從而降低病人所接受的輻射劑量。但是，降低管電壓或管電流會在降低輻射劑量的同時降低影像空間分辨力、增加影像噪聲，導(dǎo)致影像質(zhì)量下降并最終影響診斷的準(zhǔn)確性[2]。Leipsic等[3]認(rèn)為降低管電壓會使X線的穿透作用減弱，探測器接收到的光子數(shù)量減少，最終影像噪聲增加；如果再降低管電流，又會影響影像的低對比度分辨力，使影像的信噪比（SNR）降低，影響影像的密度分辨力。CT技術(shù)自誕生以來，已經(jīng)發(fā)展形成了多種重建方法。其中，濾過反投影（FBP）法憑借其重建速度快、影像重建系統(tǒng)成本低等優(yōu)點，一度成為主流的重建算法[4]。但傳統(tǒng)的FBP算法對CT掃描輻射劑量的要求比較高，隨著輻射劑量的減低，影像噪聲會顯著增加，導(dǎo)致影像質(zhì)量明顯下降[5]。因此，傳統(tǒng)的FBP重建方法無法滿足臨床對低輻射劑量的需要。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，迭代重建技術(shù)得以應(yīng)用于臨床，目前在冠狀動脈CTA、胸腹部、腰椎以及頭頸部CTA等方面取得滿意效果[6-8]。

1 全模型迭代重建技術(shù)簡介

近年來，基于模型的迭代重建技術(shù)層出不窮，如GE公司的基于模型的迭代重建（model-based iterative reconstruction，MBIR；商品名 VEO）技術(shù)、西門子公司的高級建模迭代重建（advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE）技術(shù)、東芝公司的基于正投影模型的迭代重建（forward projected modelbased iterative reconstruction solution，F(xiàn)IRST）技術(shù)[9]。全模型迭代重建（iterative model reconstruction,IMR）技術(shù)是飛利浦公司2012年推出的第二代迭代重建技術(shù)[10]，與以往的部分迭代重建技術(shù)不同，IMR是基于三維微平板探測器和硬件平臺的非線性完全迭代重建技術(shù)，從焦點到探測器的整個過程中將X射線束建立的多個模型、X射線束、焦點、體素和探測器的幾何形狀都考慮進去，通過前向、后向重建在投影數(shù)據(jù)空間以及圖像數(shù)據(jù)空間分別進行多次迭代運算，在重建過程中建立圖像統(tǒng)計模型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型，通過反復(fù)對掃描模型與采集數(shù)據(jù)進行對比和校正來實現(xiàn)影像最優(yōu)化[11]。

2 IMR技術(shù)特點

IMR技術(shù)充分考慮了圖像統(tǒng)計模型、數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型和系統(tǒng)模型，將基于統(tǒng)計模型的降噪結(jié)合到原始數(shù)據(jù)空間和圖像數(shù)據(jù)空間，從而降低影像噪聲并提高影像整體質(zhì)量，通過復(fù)雜的迭代運算、更多的迭代次數(shù)，采用更為全面、完整的系統(tǒng)模型進行對比校正，最終得到低噪聲、高分辨力的影像。iDose4技術(shù)是基于FBP圖像進行的迭代運算，屬于部分迭代重建技術(shù)，未考慮系統(tǒng)硬件對圖像的影響，因而降低輻射劑量的程度是有限的[12]。而IMR技術(shù)不含F(xiàn)BP成分，是一種完全迭代技術(shù)，其降低影像噪聲的能力更強。此外，IMR技術(shù)還可以多方面提高影像質(zhì)量，如提高空間分辨力、增強低對比度檢測力和邊緣銳利度，因此IMR能夠在低輻射劑量條件下重建出滿足臨床診斷需求的高質(zhì)量的影像。Niesten等[13]在標(biāo)準(zhǔn)管電壓掃描條件下（120 kV，150 mAs），分別用FBP、iDose4及IMR技術(shù)重建影像，并對影像質(zhì)量進行比較，發(fā)現(xiàn)使用IMR重建技術(shù)顯著改善了影像的整體質(zhì)量，降低了影像噪聲。Ryu等[14]通過模體實驗證實，IMR與FBP相比，影像噪聲減少了70%~83%，對低對比結(jié)構(gòu)的分辨力提高了43%~80%，同時輻射劑量可減少60%~80%。最近在冠狀動脈CTA、下肢CTA、腹部成像等方面的研究也證實了IMR技術(shù)在降低輻射劑量、提高影像質(zhì)量方面的巨大潛力[15-19]。

3 IMR技術(shù)對降低頭頸CTA輻射劑量的作用

3.1 降低CTA輻射劑量、提高影像質(zhì)量 Oda等[20]的研究表明，與標(biāo)準(zhǔn)的全劑量（120 kV，730 mAs）掃描聯(lián)合FBP重建算法相比，低劑量（120kV，146 mAs）掃描聯(lián)合IMR重建算法不僅可以獲得低噪聲、高對比度的影像，而且可以降低80%的輻射劑量。然而，與120 kV管電壓相比，管電壓為80 kV時所產(chǎn)生X射線的平均光子能量更接近于對比劑中碘原子的K緣（33.2 keV），此時光電效應(yīng)作用最強，碘原子對X射線的吸收率最大，血管強化的CT值也會明顯提高，使血管與周圍組織之間的對比增強[2]。

Wang等[21]研究了低管電壓（80 kV）條件下，F(xiàn)BP、iDose4、IMR 3種重建技術(shù)獲得的頭部CTA影像質(zhì)量，結(jié)果表明IMR比FBP、iDose4影像質(zhì)量更好，影像噪聲分別降低了58%和38%，SNR和對比噪聲比（CNR）與FBP相比增加了120%和50%；能提高對腦動脈硬化和動脈瘤的診斷信心，并且與常規(guī)的120 kV掃描方案相比，管電壓為80 kV時輻射劑量降低了70%。因此，在低管電壓（80 kV）條件下聯(lián)合IMR技術(shù)，能在低輻射劑量情況下獲得滿足臨床診斷需求的高質(zhì)量影像。

高等[22]應(yīng)用低電壓、低劑量對比劑（100 kV、40 mL）聯(lián)合IMR技術(shù)進行頭頸部CTA成像，與常規(guī)劑量（120 kV、50 mL）掃描聯(lián)合iDose4技術(shù)重建的影像相比，“雙低”技術(shù)聯(lián)合IMR可以進一步降低噪聲，影像質(zhì)量滿足診斷需求的同時，輻射劑量降低41%。近年來，“三低”(低管電壓、低對比劑用量和注射流率)技術(shù)在頭頸聯(lián)合CTA中應(yīng)用的可行性也已有許多研究。有研究[23]發(fā)現(xiàn)在“三低”技術(shù)條件下，采用FBP重建的頭頸部CTA影像，影像噪聲過大，顆粒感強，主動脈及雙側(cè)頸總動脈起始部血管管壁毛糙，顯示不清。而使用IMR重建后，影像噪聲明顯下降，血管顯示清晰，影像質(zhì)量明顯改善，能夠滿足診斷要求，且使病人輻射劑量減少81.3%。Cai等[24]探究 “三低”技術(shù)聯(lián)合IMR重建算法進行頭頸部CTA掃描，結(jié)果表明IMR重建算法能明顯降低影像噪聲、提高影像的CNR和SNR，還可以使對比劑具有更高的CT衰減值，不僅病人接受的有效輻射劑量減少69.6%，還使病人的碘負(fù)荷下降51.4%，對比劑注射流率下降27%，即在減少有效輻射劑量同時，降低了對比劑副作用的風(fēng)險，減少了高流率注射對比劑對血管及皮膚的損傷概率。新近有研究[25]將低管電壓、低對比劑濃度、低注射流率及低注射劑量的“四低”技術(shù)聯(lián)合自動管電流調(diào)節(jié)及IMR技術(shù)用于頭頸部CTA，研究結(jié)果表明，采用低電壓（80 kV）和低對比劑濃度（含碘 300 mg/mL）、注射流率（3 mL/s）及注射劑量（30 mL）的“四低”技術(shù)聯(lián)合自動管電流調(diào)節(jié)和IMR技術(shù)能夠在影像質(zhì)量滿足臨床診斷需求的前提下，進一步降低病人接受的輻射劑量和對比劑副作用的風(fēng)險。

3.2 對神經(jīng)系統(tǒng)疾病顯示及診斷效率的影響

Lombardi等[26]用IMR與iDose4技術(shù)重建CT平掃影像用于缺血性卒中早期征象動脈致密征的檢出，結(jié)果顯示IMR技術(shù)顯著提高了對動脈致密征檢測的敏感度（IMR：100%，iDose4：50%），同時具有更高的SNR和CNR，對灰白質(zhì)等解剖結(jié)構(gòu)的顯示更佳，CT影像的整體質(zhì)量更好。張等[27]用80 kV、30 mAs掃描條件聯(lián)合IMR技術(shù)用于CT灌注成像，研究結(jié)果表明IMR技術(shù)聯(lián)合低劑量腦CT灌注成像可以在保證影像質(zhì)量和灌注參數(shù)穩(wěn)定的前提下明顯降低輻射劑量，輻射劑量與常規(guī)組（80 kV、150 mAs）相比降低了80%。一項兒童頭頸部CTA研究[28]表明，低管電壓（80 kV）、低對比劑用量（30 mL）條件下，IMR 組能顯著降低輻射劑量和碘負(fù)荷，改善影像質(zhì)量，更有利于檢出兒童腦血管病變。此外，還有研究[29]發(fā)現(xiàn)80 kV管電壓、160 mm寬體探測器聯(lián)合新型的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction algorithm-V，ASIR-V）用于頸部 CTA成像，比第一代迭代重建算法降低輻射劑量近90%，同時保持良好的影像質(zhì)量，對頸部血管狹窄的診斷準(zhǔn)確性與DSA相似。

4 小結(jié)

IMR用于頭頸部CTA在降低輻射劑量的同時，能有效降低影像噪聲、提高SNR和CNR，增強對腦血管病的診斷信心。IMR技術(shù)還能提高對早期缺血性卒中動脈致密征的檢出率，大幅度降低CT灌注的輻射劑量，減少對比劑的用量以及降低對比劑注射流率。IMR技術(shù)已經(jīng)可以用于全身各個部位的成像。隨著放射科醫(yī)生對IMR技術(shù)重建影像特征的熟悉，IMR技術(shù)可以進一步拓寬其臨床應(yīng)用范圍。盡管如此，IMR技術(shù)仍存在一些問題亟待解決。IMR的重建時間較長，如何進一步縮短其重建時間尚有賴于計算機技術(shù)的進一步發(fā)展；如何設(shè)計個體化的更低輻射劑量掃描方案尚待進一步研究。相信隨著計算機硬件的發(fā)展以及IMR技術(shù)的進一步優(yōu)化完善，IMR技術(shù)有望在將來取代傳統(tǒng)的FBP重建方法，在臨床工作中發(fā)揮越來越重要的作用。